课程设计报告--用模2除法计算CRC码的CRC校验软件设计

课程设计报告--用模2除法计算CRC码的CRC校验软件设计 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 用模2除法计算CRC码的CRC校验软件设计 一、设计目标 1)掌握用模二除法实现CRC码的计算方法; 2)掌握用C语言计算CRC码的算法; 3)熟练并掌握C语言在通信网络中的编程实现方式及功能; 4) 学会用C语言实现文件之间的读取和写入，实现共享传送功能; 5)熟悉VC6.0的运行环境，熟练掌握在其中运行编译的各个步骤。 二、设计原理和方法 1、CRC简介及原理: CRC码为循环冗余校验码，基本表示方式为(n,k)，其中n为数据位数，k为校验码位数。CRC码校验的基本思想是利用线性编码理论,在发送端根据要传送的(n,k)位二进制码序列,以一定的规则产生一个校验用的监督码(既CRC码)r位,并附在信息后边,构成一个新的二进制码序列数共(k+r)位,最后发送出去。在接收端,则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验,以确定传送中是否出错。采用CRC校验时，发送方和接收方用同一个生成多项式g(x),并且g(x)的首位和最后一位的系数必须为1。CRC的处理方法是:发送方以g(x)去除t(x)，得到余数作为CRC校验码。校验时，以计算的校正结果是否为0为据，判断数据帧是否出错。CRC校验可以100,地出所有奇数个随机错误和长度小于等于k(k为g(x)的阶数)的突发错误。所以CRC的生成多项式的阶数越高，那么误判的概率就越小。CCITT建议:2048 kbit/s的PCM基群设备采用CRC-4，使用的CRC校验采用16位CRC校验。在IBM的同步数据链路控制规程SDLC的帧校验序列FCS中，使用CRC-16。CRC的本质是模-2除法的余数，采用的除数不同，CRC的类型也就不一样。通常，CRC的除数用生成多项式来表示。最常用的CRC码的生成多项式有CRC16,CRC32. 32位CRC码的产生的规则是先将要发送的二进制序列数左移32位后,再除以一 ,如式(2-1)式所示，个多项式(生成多项式G(x)),最后得到的余数既是CRC码 其中C(X)表示(n-k)位的二进制序列数，G(X)为多项式，Q(X)为商(整数)，R(X)是余数(既CRC码)。(2-1) 求CRC码所采用模2加减运算法则,既是不带进位和借位的按位加减,这种加减运算实际上就是逻辑上的异或运算，加法和减法等价，乘法和除法运算与普通代数式的乘除法运算是一样，符样的规律。 本课程设计中使用的生成多项式是由欧洲CRC32，即: g(x)= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 接收方将接收到的二进制序列数(包括信息码和CRC码)除以多项式,如果余数为0,则说明传输中无错误发生,否则说明传输有误。用软件计算CRC码时,接收方可以根据接收到的信息码求CRC码,比较结果和接收到的CRC码是否相同。 例如信息位是“11011011”、多项式g(x)=1001,用模二除法生成CRC码的过程如下所示: 第 1 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 ?在信息位“11011011”后面增加3个“0”，即“11011011000” ?用“11011011000”模二除g(x)=1001，r(x)=011; ?得到的余数“011”即为“11011011”的CRC校验码;将其加在原数据后面，即“11011011011”，通过发送端发送，在接收端收到数据再除以多项式g(x),若余数为0，则传输正确，去掉后三位即得到需要的数据“11011011”;若信道有干扰，使接收到的数据不是“11011011”，除以多项式g(x)后余数不为0，则传输失败，等待重传。 2、模二除法实现CRC校验的基本原理 用计算机编程实现CRC校验码，采用寄存器移位的方法。 假设待测数据是1101 0110 11，生成项是10011，假设有一个4 bits的寄存器，通过反复的移位和进行CRC的除法，最终该寄存器中的值就是我们所要求的余数。 3 2 1 0 Bits +---+---+---+---+ Pop <-- | | | | | <----- Augmented message(已加0扩张的原 始数据) +---+---+---+---+ 1 0 0 1 1 = The Poly 生成项 依据这个模型，我们得到了一个最最简单的算法: 把register中的值置0. 把原始的数据后添加w个0. While (还有剩余没有处理的数据) Begin 把register中的值左移一位，读入一个新的数据并置于register 最低位的位置。 If (如果上一步的左移操作中的移出的一位是1) register = register XOR Poly. End 实际上就是模拟XOR除法的过程，即被测数据一位一位放到寄存器中来做除法。 比如生成项是10011，则生成的余数是4位XXXX，所以寄存器是4位。待测数据是1101 0110 11，后面加上0000，即扩张4位，以容纳余数。只要与生成项的0011做XOR就好了，最高位经过XOR肯定出0，可不用最高位。 过程如下: 待测数据先移4位即1101到寄存器中，准备开始除法。 第 1 次除法:寄存器中是1101，先从寄存器移出最高位1，移进下一位待测数据位0，则寄存器中是 1010，由于移出的位是1，则需要与生成项的0011做XOR，得到1001，即做了第1 次除法后，寄存器中是 1001，这个就是余数。 第 2 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 第2次除法:寄存器中是1001，从寄存器移出最高位1，移进下一位待测数据位1，则寄存器中是0011， 由于移出的位是1，则需要与生成项的0011做XOR，得到0000，即做了第2次除法后，寄存器中是0000， 这个就是余数。 第3次除法:寄存器中是0000，从寄存器移出最高位0，移进下一位待测数据位1，则寄存器中是0001， 由于移出的位是0，则需要不做XOR，直接下一步移位。也可以等同于:本次的商是0,0*生成项,0，即是 0000与寄存器做XOR，得到寄存器的数不变，还是0001，即做了第3次除法后，寄存器中是0001，这个就 是余数。 第4次除法:寄存器中是0001，从寄存器移出最高位0，移进下一位待测数据位0，则寄存器中是0010， 由于移出的位是0，则需要不做XOR，直接下一步移位。 第5次除法:移位，不用做XOR，得到寄存器中是0101 第6次除法:移位，不用做XOR，得到寄存器中是1011 第7次除法:移位，移出的位是1，又要与生成项做XOR了 一直做下去。。。。。。直到最后，寄存器中的就是整个计算后的余数了。即CRC值。 3、用模二除法实现CRC32的要解决的问题 首先，要实现CRC32的计算，要解决CRC码的存放问题，而目前的微机高级语言，如Ansi C、Bland C、Mieromfl C，整数类型的数据最大为无符号的长整数仅4字节32位，正好可存放CRC码。 其次，要解决生成多项式的表示问题，CRC-32共有33位，大于无符号的长整数的数据范围，由于CRC(32的最高位为i， 由第2节CRC码的模2除法计算过程的分析可知，可以省去此位(用一个无符号长整数常量表示之。 第三，要解决被除数的表示，我们把被除数看成是一个无符号整数和一些字节组成，每次除时，参加运算的是这个无符号整数和这些字节的最左边一个位组成， 当这个无符号整数的最高位为1时，需要作模2运算:移出这个最高位，从字节中补上一位，进行异或运算。 我选用的编译软件Visual C++6.0中的_int64能够容纳64位数据，因此以上问题可以很轻松的解决。超出32位范围的数据定义为_int64的变量即可解决溢出的问题。 三、设计的功能 1、环境要求:Windows2000/XP/7;C;信息交换内容为文本文件;信息交换方式为共享文件 2、编码要求:生成多项式为CRC-32 3、功能要求:能在两台计算机机上运行程序，一台产生CRC码，另一台校验。 第 3 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 四、程序图 接收端(电脑乙) 发送端(电脑甲) ---------文件共享---------- 开始 开始 读取code.txt到code 输入数据存入code 接收的数据模二除多项式计算CRC余项 g(x)得到余项result 将CRC余项接在 code的后面赋给code result=0? CRC存入crc.txt 传输正确，显示传输失败 code存入code.txt 信息码 结束 结束 五、程序清单 1.发送端电脑甲源程序: #include #include #include #include #include #include #include _int64 crc; //定义全局变量crc 第 4 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 _int64 create(_int64 data,_int64 POLY,int crcbitnumber) //生成crc码子函数 { _int64 regi = 0x0; // 使寄存器为0 _int64 data_temp; data_temp=data; int databitnumber=32; //定义数据位数 data<<= crcbitnumber; //在数据位后添加32个0 // we do it bit after bit for ( int cur_bit = databitnumber+crcbitnumber-1; cur_bit >= 0; -- cur_bit ) //处理64 次(32 比特待测数据，32 比特扩展0)，前32次是加载数据 { if ( ( ( regi >> crcbitnumber ) & 0x0001 ) == 0x1 ) regi = regi ^ POLY; regi <<= 1; unsigned short tmp = ( data >> cur_bit ) & 0x0001; //加载待测数据1比特到tmp中，tmp只有1比特 regi |= tmp; //这1比特加载到寄存器中 } if ( ( ( regi >> crcbitnumber ) & 0x0001 ) == 0x1 ) regi = regi ^ POLY; //做最后一次XOR printf("crc=%x\n",regi); crc=regi; data_temp<<=32; data_temp=data_temp+regi; return data_temp; } void main() { FILE*lp_code,*lp_crc; _int64 code; _int64 data; _int64 POLY=0x104C11DB7; int crcbitnumber=32; printf("**************CRC experiments****************\n"); printf("请输入数据\n"); scanf("%I64x",&data); code=create(data,POLY,crcbitnumber); printf("code=%I64x\n",code); 第 5 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 lp_code=fopen("D:\\FS\\code.txt","w"); //建立文件 lp_crc = fopen("D:\\FS\\crc.txt","w"); fprintf(lp_code,"%I64x",code); fprintf(lp_crc,"%I64x",crc); getchar(); fclose(lp_code); fclose(lp_crc); system("pause"); } 2.接收端电脑乙源程序: #include #include #include #include #include #include #include _int64 exam(_int64 data,_int64 POLY,int crcbitnumber) { _int64 regi = 0x0; // load the register with zero bits _int64 data_temp; data_temp=data; int databitnumber=32; for ( int cur_bit = databitnumber+crcbitnumber-1; cur_bit >= 0; -- cur_bit ) { if ( ( ( regi >> crcbitnumber ) & 0x0001 ) == 0x1 ) regi = regi ^ POLY; regi <<= 1; unsigned short tmp = ( data >> cur_bit ) & 0x0001; //加载待测数据1比特到tmp中，tmp只有1比特 regi |= tmp; //这1比特加载到寄存器中 } if ( ( ( regi >> crcbitnumber ) & 0x0001 ) == 0x1 ) regi = regi ^ POLY; //做最后一次XOR return(regi); } 第 6 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 void main() {FILE* lp_code; _int64 code; _int64 result; _int64 POLY=0x104C11DB7; int crcbitnumber=32; printf("**************CRC exam****************\n"); lp_code=fopen("D:\\FS\\code.txt","r"); fscanf(lp_code,"%I64x",code); /*输出code.txt的内容给字符串code*/ printf("code:%I64x\n",code); /*输出传输数据的植*/ fclose(lp_code); /*关文件code.txt*/ result=exam(code,POLY,crcbitnumber); printf("result=%I64x",result); if (result==0) {printf("数据传输正确\n"); code>>=32; printf("去除CRC校验码后数据是%I64x\n",code); } else printf("数据传输失败"); getchar(); } 第 7 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 六、测试数据及其结果 发送端: 第 8 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 接收端: 第 9 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 七、

总结

初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf

此次课程设计历时两周，在两周中我遇到了不少问题，程序也历经了多次的调整。 CRC码又称循环冗余码，其编码是根据输入信息的多项式对生成多项式的余式作为校验码，来检测和纠正信息在传输过程中的错误，以达到减少误码和信息传输安全的目的。 在做课程设计的过程中我经过了几次的调整。我通过查资料得到了CRC32的算法，开始以为很简单，只要把生成多项式g(x)变化一下就可以了，可是实际操作中显示不出来。通过我自己分析问题、查找资料，了解到int在visual c++中是4个字节，也就是32为，因此数据data加上32个0后超出范围，而_int64可以表示8个字节，即64位，可以满足要求。然而简单地将int改为_int64之后程序运行结果还是有问题。通过进一步分析以及向老师请教，得知使用_int64中的输入输出语句不能用“printf(“data=%x\n”,data)”而要改成用%I64x这种形式表示的，即表示为“printf(“data=%I64x\n”,data)”。再经过部分修改，程序终于能够成功运行起来～ 但在接收端运行的时候，只能出现一个窗口，并不能显示输出的结果正确与否，经过一番仔细的检查，最后在接收端程序末尾加入了一个getchar()语句，就可以运行了，而且显示结果是正确的。 至于文件共享就相当简单了，在甲机器中建立一个文件夹，设为共享，则在网络内的所有计算机都能访问这个文件夹。然后用C语言中的文件操作函数就能轻松解决文件的写入和读取。但是这次实际操作过程中并没有实现共享，只是在一台电脑上分为了发送端和接收端。这样其实也能检测出最后的结果正确与否。 总的说来，这次课程设计有一定的难度。CRC本身在教学上涉及的并不多，可是却很有用，现在很多文件的传输和压缩技术都用到了CRC。通过相关书籍和网上的资料，很快就能了解CRC的原理，可是具体的实现又是另外一回事。这几天基本上每天都有在调程序，每天都会有新的进展，发现的问题也很多。 现在我对C语言又有了一个重新掌握与重新学习的过程，相信加上我的不断使用与不断加强，我对C语言将更加熟悉。C语言在高级语言中属于比较低层的，在算法的实现上需要注意更多的细节。 感谢在这次课程设计中老师以及老师对我的帮助，感谢老师在我设计过程中所提出的建设性建议，让我受益非浅，最终顺利地完成了设计任务。 第 10 页 共 11 页 通信网络设计课程设计 题号:C2 设计日期 八、参考文献 谭浩强编著,C程序设计(第三版)，清华大学出版社，2005年 施荣华、王国才编著，计算机网络技术与应用，中国铁道出版社，2009年 高传善等编著，计算机网络教程, 复旦大学出版社, 1994年 互连网上相关资料等 第 11 页 共 11 页